Render artis tentang Demonstrator Powerhead Terpadu. Kredit gambar: NASA. Klik untuk memperbesar.
Ketika Anda memikirkan teknologi roket di masa depan, Anda mungkin berpikir tentang propulsi ion, mesin antimateri, dan konsep eksotis lainnya.
Tidak secepat itu! Bab terakhir dalam roket berbahan bakar cairan tradisional belum ditulis. Penelitian sedang berlangsung ke generasi baru dari desain roket berbahan bakar cair yang dapat melipatgandakan kinerja dari desain hari ini sambil juga meningkatkan keandalan.
Roket berbahan bakar cair sudah ada sejak lama: Peluncuran bertenaga cair pertama kali dilakukan pada tahun 1926 oleh Robert H. Goddard. Roket sederhana itu menghasilkan sekitar 20 pon dorong, cukup untuk membawanya sekitar 40 kaki ke udara. Sejak itu, desain menjadi canggih dan kuat. Tiga mesin pesawat ulang-alik berbahan bakar cair, misalnya, dapat mengerahkan lebih dari 1,5 juta pound dorong gabungan dalam perjalanan ke orbit Bumi.
Anda mungkin berasumsi bahwa, pada saat ini, setiap penyempurnaan yang mungkin dilakukan dalam desain roket berbahan bakar cair pasti telah dibuat. Anda salah. Ternyata ada ruang untuk perbaikan.
Dipimpin oleh Angkatan Udara AS, sebuah kelompok yang terdiri dari NASA, Departemen Pertahanan, dan beberapa mitra industri sedang mengerjakan desain mesin yang lebih baik. Program mereka disebut Teknologi Propulsi Roket Bayaran Tinggi Terpadu, dan mereka melihat banyak kemungkinan perbaikan. Salah satu yang paling menjanjikan sejauh ini adalah skema baru untuk aliran bahan bakar:
Ide dasar di balik roket berbahan bakar cair agak sederhana. Bahan bakar dan oksidator, keduanya dalam bentuk cair, dimasukkan ke dalam ruang bakar dan dinyalakan. Misalnya, pesawat ulang-alik menggunakan hidrogen cair sebagai bahan bakarnya dan oksigen cair sebagai pengoksidasi. Gas panas yang dihasilkan oleh pembakaran keluar dengan cepat melalui nozzle berbentuk kerucut, sehingga menghasilkan daya dorong.
Rinciannya, tentu saja, jauh lebih rumit. Pertama, bahan bakar cair dan oksidator harus dimasukkan ke dalam ruang dengan sangat cepat dan di bawah tekanan besar. Mesin utama pesawat ulang-alik akan mengeringkan kolam renang yang penuh bahan bakar hanya dalam 25 detik!
Semburan bahan bakar yang tercurah ini digerakkan oleh turbopump. Untuk memberi daya pada turbopump, sejumlah kecil bahan bakar adalah "preburned", sehingga menghasilkan gas panas yang menggerakkan turbopump, yang pada gilirannya memompa sisa bahan bakar ke dalam ruang bakar utama. Proses serupa digunakan untuk memompa pengoksidasi.
Roket berbahan bakar cair saat ini hanya mengirim sejumlah kecil bahan bakar dan oksidator melalui preburner. Massal mengalir langsung ke ruang pembakaran utama, melewatkan preburner sepenuhnya.
Salah satu dari banyak inovasi yang sedang diuji oleh Angkatan Udara dan NASA adalah mengirim semua bahan bakar dan oksidator melalui masing-masing preburner mereka. Hanya sedikit yang dikonsumsi di sana - cukup untuk menjalankan turbo; sisanya mengalir ke ruang bakar.
Desain “siklus bertahap-penuh” ini memiliki keuntungan penting: dengan lebih banyak massa yang melewati turbin yang menggerakkan turbopump, turbopump digerakkan lebih keras, sehingga mencapai tekanan yang lebih tinggi. Tekanan yang lebih tinggi sama dengan kinerja yang lebih besar dari roket.
Desain seperti itu belum pernah digunakan dalam roket berbahan bakar cair di AS sebelumnya, menurut Gary Genge di Pusat Penerbangan Antariksa Marshall milik NASA. Genge adalah Wakil Manajer Proyek untuk Integrated Powerhead Demonstrator (IPD) - mesin uji untuk konsep-konsep ini.
"Desain ini yang kami jelajahi dapat meningkatkan kinerja dalam banyak hal," kata Genge. "Kami berharap untuk efisiensi bahan bakar yang lebih baik, rasio dorong-ke-berat yang lebih tinggi, keandalan yang ditingkatkan - semuanya dengan biaya lebih rendah."
"Namun, pada fase proyek ini, kami hanya berusaha agar pola aliran alternatif ini bekerja dengan benar," katanya.
Mereka telah mencapai satu tujuan utama: mesin yang bekerja lebih dingin. "Turbopump menggunakan pola aliran tradisional dapat memanas hingga 1800 C," kata Genge. Itu banyak tekanan termal pada mesin. Turbopump “aliran penuh” lebih dingin, karena dengan lebih banyak massa yang melewatinya, suhu yang lebih rendah dapat digunakan dan masih mencapai kinerja yang baik. "Kami menurunkan suhu beberapa ratus derajat," katanya.
IPD dimaksudkan hanya sebagai ujian untuk ide-ide baru, catat Genge. Demonstran itu sendiri tidak akan pernah terbang ke luar angkasa. Tetapi jika proyek ini berhasil, beberapa perbaikan IPD dapat menemukan jalan mereka ke kendaraan peluncuran di masa depan.
Hampir seratus tahun dan ribuan peluncuran setelah Goddard, roket berbahan bakar cairan terbaik mungkin belum datang.
Sumber Asli: Artikel Sains NASA
